DE1272362B - Magnetostatisches Relais - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CI.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/18

Nummer: 1272 362

Aktenzeichen: P 12 72 362.5-31 (C 38617)

Anmeldetag: 26. März 1966

Auslegetag: 11. Juli 1968

Die Erfindung betrifft ein magnetostatisches Relais mit einem sättigbaren magnetischen Kern mit im wesentlichen rechteckiger Hysteresisschleife, auf dem eine oder mehrere Steuerwicklungen, eine Vormagnetisierungswicklung und gegebenenfalls eine Rückkopplungswicklung angeordnet sind.

Ein derartiges magnetostatisches Relais kann in der elektrischen Schaltungstechnik vor allem als Steuer- und Speicherorgan dienen, und ist insbesondere zur Verwendung in der Fernmelde-, Fernsteuer-, Signal- und Rechenanlagentechnik geeignet.

Es sind bereits magnetostatische Relais bekannt (deutsche Patentschrift 1074 086), bei denen ein Magnetverstärker mit einem Transistor gekoppelt ist. Der Magnetverstärker besitzt einen Kern aus sättigbarem magnetischem Material, auf dem verschiedene Wicklungen, wie Arbeitswicklung, Steuerwicklung, Vormagnetisierungswicklung und gegebenenfalls Rückkopplungswicklung angeordnet sind. Die Arbeitswicklung wird von einer Wechselstromquelle gespeist, während durch die anderen Wicklungen Gleichströme fließen. Der Ausgangsstrom des Magnetverstärkers, der sich mit der algebraischen Summe der Amperewindungen der Steuerwicklungen ändert, wird über den Emitter oder die Basis an den Transistor gelegt. Die bekannte Vorrichtung ist so bemessen, daß, wenn der Ausgangsstrom des Magnetverstärkers einen bestimmten Bezugswert übersteigt, der Transistor durchlässig wird und einen konstanten Sättigungsgleichstrom abgibt, wogegen der Transistor gesperrt ist und keinen Strom abgibt, wenn der Ausgangsstrom des Magnetverstärkers unter dem Bezugswert liegt. Diese bekannten magnetostatischen Relais arbeiten vollkommen einwandfrei und sehr zuverlässig; sie haben jedoch den Nachteil, daß eine Wechselstromquelle zur Speisung der Arbeitswicklung des Magnetverstärkers benötigt wird. Diese zum Betrieb erforderliche Wechselstromspeisung wirkt sich dahingehend nachteilig aus, daß die Herstellkosten des Relais insbesondere bei Fertigung geringer Stückzahlen beträchtlich erhöht und außerdem die Anwendungsmöglichkeiten des Relais eingeschränkt werden.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines magnetostatischen Relais, das bei gleicher Leistungsfähigkeit wie die bekannten Anordnungen und unter Verwendung eines einzigen Magnetkernes und eines einzigen Transistors keine Wechselstromspeisequelle erfordert.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem magnetostatischen Relais der eingangs angeführten Gattung gemäß der Erfindung gelöst durch einen Magnetostatisches Relais

Anmelder:

CIT-Compagnie Industrielle des

Telecommunications, Paris

Vertreter:

Dr. W. Müller-Bore, Dipl.-Ing. H. Gralfs

und Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. G. Manitz,

Patentanwälte,

8000 München 22, Robert-Koch-Str. 1

Als Erfinder benannt:

Philippe Duvaux, Boulogne-sur-Seine

(Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 26. März 1965 (10 890 Seine)

Transistor-Oszillator mit einem Transistor, dessen Emitter mit einer Klemme einer Stromquelle verbunden ist und dessen Kollektor über einen Belastungswiderstand an einer Klemme entgegengesetzter Polarität liegt und der zur Rückkopplung zwei elektromagnetisch gekoppelte Kreise aufweist, von denen der erste am Kollektor angeschlossen ist und aus der Reihenschaltung eines Kondensators und einer auf dem sättigbaren Magnetkern angebrachten Wicklung besteht und der zweite von einer ebenfalls auf dem Magnetkern angebrachten und mit der Basis des Transistors verbundenen Wicklung gebildet ist, wobei die freien Enden beider Wicklungen mit einer Emitterpotential führenden Klemme verbunden sind, wobei diese Anordnung derart bemessen ist, daß die Auslösung der Schwingungen des Oszillators durch Aufhebung der Sättigung des Magnetkerns erfolgt und diese Schwingungen durch eine Folge von schwachen Ladungen und Entladungen des Kondensators über den ersten Kopplungskreis aufrechterhalten werden, wodurch der Transistor durchlässig bleibt.

Durch die Erfindung wird somit ein zwei Zustände aufweisendes Relais geschaffen, das von einem Gleichstrom gesteuert ist und an seinem Ausgang einen Gleichstrom bestimmten Werts oder einen

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Strom Null, bzw. keinen Strom abgibt. Auf Grund rufen, da die Permeabilität des magnetischen Mateder Gleichstromsteuerung ist das relativ einfach auf- rials sehr gering ist.

gebaute Relais universell einsetzbar. Zur Erregung des Oszillators wird die Sättigung

Eine vorteilhafte Weiterbildung des magneto- des Magnetkreises beseitigt. Die Permeabilität steigt statischen Relais gemäß der Erfindung zeichnet sich 5 plötzlich auf einen hohen Wert an, und die Gegendadurch aus, daß ein erster Widerstand in die Zu- induktivität zwischen den Wicklungen eo_t und eo₂ leitung zum Emitter des Transistors, ein zweiter nimmt stark zu. Elektromotorische Kräfte entstehen Widerstand zwischen Basis und Kollektor des Tran- somit zwischen den Enden der Wicklungen eo_± und sistors und ein dritter Widerstand in die Zuleitung eo₂. Da letztere fest gekoppelt sind, ist die an den zur Basis des Transistors geschaltet ist. io Enden der Wicklungen eo₂ induzierte elektromoto-

Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß im rische Kraft sehr erheblich. Besonders am Punkt B Ruhezustand, wenn der Transistor sehr schwach der Basis des Transistors hat sie einen negativen durchlässig ist, das Relais weniger Betriebsschwan- Wert, der ausreicht, den Transistor TR durchlässig kungen, die durch die normalen Toleranzen der zu machen. Der Punkt A des Kollektors weist sodann Kennwerte der Bauteile bedingt sind, unterworfen 15 im wesentlichen das Erdpotential des Emitters auf. ist und das Anziehen des Relais im wesentlichen Daraus ergibt sich, daß der Kondensator C, der über stets bei dem gleichen Wert der Steuergröße erfolgt. Schaltung — U, Widerstand R_L, Verbindung QP,

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungs- Kondensator C, Wicklung eo_x und Erde aufgeladen form des magnetostatischen Relais gemäß der Er- wurde, in diesem Augenblick auf einen Entladungsfindung ist der Wert des zwischen Kollektor und 20 kreis über Erde am Punkt A, Kondensator C, Wick-Basis des Transistors geschalteten Widerstandes im lung eo_v Punkt K und Erde vorfindet. Das auf die Verhältnis zu dem Wert des in der Basiszuleitung bei der Änderung des Sättigungszustandes des Ringdes Transistors liegenden Widerstandes sehr groß. kerns induzierte elektromotorische Kraft zurückzu-

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an führende negative Potential wird daher durch ein Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt 25 neues negatives Potential auf Grund des Entladungs-

F i g. 1 ein Schaltbild eines magnetostatischen stromes des Kondensators ersetzt. Da die Schaltun-Relais gemäß der Erfindung, gen derart beschaffen sind, daß sich der Konden-

F i g. 2 die Ausgangsstromkurve des Relais, sator periodisch entlädt und das Potential der Tran-

F i g. 3 die Anzugs- und Abfallstellungen des Relais sistorbasis zwischen dem Erdpotential und einem in Abhängigkeit von den Steueramperewindungen, 30 bestimmten induzierten, negativen Potential schwankt,

F i g. 4 eine weitere Ausführungsform des erfin- ist der Transistor für alle veränderlichen Werte des dungsgemäßen Relais und Basispotentials durchlässig, die unter dem Erd-

F i g. 5 die Anzugs- und Abfallstellungen des potential des Emitters liegen (was mindestens 90 % Relais nach F i g. 4 in Abhängigkeit von den Steuer- der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Entladungen amperewindungen. 35 liegenden Zeitspanne entspricht) und neigt zur Sper-

Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform rung, sobald das Basispotential das Erdpotential erträgt ein leicht sättigbarer Magnetkern CM beliebiger reicht hat. Wenn der Kondensator entladen ist, nimmt Form mit rechteckiger Hysteresisschleife mehrere die Basis B wieder Erdpotential an, wodurch der Wicklungen, und zwar eine Vormagnetisierungswick- Transistor gesperrt wird. Der Kondensator lädt sich lunge,,, eine oder mehrere Steuerwicklungene_c, ge- 40 erneut auf, und der Wiederaufladestrom erzeugt gebenenfalls eine Rückkopplungswicklung e_r und bei B eine induzierte elektromotorische Kraft, die zwei Wicklungen eo_x und eo₂ für die Eingangs-Aus- den Transistor wieder durchlässig macht. Der Kongangs-Kopplung des Oszillators. Die Wicklungen eo_x densator ist also einer Reihe von schwachen Ladun- und eo₂ haben einen an Erde liegenden gemeinsamen gen und Entladungen unterworfen, die die Schwin-Punkt K, und das andere Ende der Wicklungen eo_t 45 gungen aufrechterhalten; diese hören auf, sobald der liegt über einen Kondensator C am Punkt A des Magnetkreis bei praktisch aufgehobener Kopplung Kollektors eines Transistors TR, während das andere gesättigt ist.

Ende der Wicklung eo₂ unmittelbar mit der Basis F i g. 2 zeigt die Ausgangsstrom-Kurve des Re-

des Transistors verbunden ist. Der Emitter des Tran- lais /_s in Abhängigkeit von den Steueramperesistors liegt an Erde; der Kollektor ist gewöhnlich 50 windungen N_cI_e. Der Strom hat den Wert Null bei mittels einer Verbindung zwischen den Punkten P Steueramperewindungen, die unter einem bestimmten und Q über einen Lastwiderstand R_L an die Span- Wert N_CI_C (T) liegen; bei größeren Amperewindunnung — U angelegt. Man kann jedoch die Verbin- gen als N_CI_C (T) bleibt der Ausgangsstrom auf einem dung zwischen P und Q unterbrechen und zwischen bestimmten Wert ISO im wesentlichen konstant. Es P und M sowie zwischen Q und N eine Verbindung 55 treten jedoch kleine Spitzen ρ sehr geringer Ampliherstellen, wenn die Wicklung e_r als Rückkopplungs- tude in den Augenblicken auf, in denen der Tranwicklung verwendet werden soll. Dabei kann die sistor nicht mehr in gesättigtem Zustand arbeitet; die Rückkopplung je nach der Richtung des durch die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spit-Wicklung fließenden Stromes positiv oder negativ sein. zen entspricht der Schwingungsdauer des HF-Stromes Wenn sich das Relais im Ruhezustand befindet, 60 des Oszillators.

d. h. wenn es über R_L keinen Strom abgibt, ist der Fig. 3 zeigt den Vorgang des Ein- und Ausschal-

Oszillator auf Grund der Sättigung des Magnetkreises tens des erfindungsgemäßen Relais in Abhängigkeit CM gesperrt, die bei einem entsprechenden Wert der von den Steueramperewindungen. Wenn die Steueralgebraischen Summe der Steueramperewindungen amperewindungen von links nach rechts zunehmen, erreicht wird; es ist bekannt, daß im gesättigten 65 schaltet das Relais bei einem bestimmten Wert T der Zustand die Stromänderungen durch eine der Wick- -■-' Steueramperewindungen ein, bei dem keine Sättigung lung eo_x des Oszillators keinen nennenswerten In- - des Magnetkreises vorliegt. Nehmen die Steuerduktionsstrom in der anderen Wicklung eo_% hervor- amperewindungen weiter zu, tritt Sättigung des

Magnetkreises ein, und das Relais fällt bei einem bestimmten Werti? der Amperewindungen N_c I_c wieder ab. Nehmen umgekehrt die Steueramperewindungen von rechts nach links ab, so hört die Sättigung des Magnetkreises auf, und das Relais zieht bei einem bestimmten Wert T₁ der Amperewindungen an, der unter dem Wert R liegt. Wenn die Amperewindungen vom Punkt 0 an sich weiter verringern, nehmen sie einen negativen Wert an, und der Magnetkreis wird erneut negativ gesättigt. Bei einem Wert R₁ der negativen Amperewindungen von weniger als T fällt das Relais ab. Den beiden magnetischen Induktionswerten —B₀ und +B₀ entspricht demnach ein Wert der Amperewindungen N_eI_c, der die Sättigung des Magnetkreises aufhebt sowie ein Wert JV₁./„ der Sättigung bewirkt. Um die Bedingungen, denen die Amperewindungen unterliegen, nicht zu vervielfachen, wäre es offensichtlich wünschenswert, die Punkte A₁ und T bei negativen Amperewindungen und die Punkte T₁ und R bei positiven Amperewindungen sehr dicht beieinander anzuordnen, wobei die Änderungsrichtung der Amperewindungen N_CI_C über An- oder Abschalten des Relais entscheidet.

F i g. 4 zeigt ein anderes Schaltungsbeispiel des erfindungsgemäßen Relais, das es praktisch gestattet, die Punkte ^₁ und T sowie T₁ und R (Fig. 5) zu verschmelzen. Diese Schaltung unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 1 dadurch, daß ein Widerstand Y₁ zwischen Emitter und die zugehörige Polarität, ein Widerstand r₂ zwischen Basis und Kollektor und ein Widerstand r₃ an der Basis in Reihe mit der Wicklung eo₂ liegen, wobei alle übrigen (nicht dargestellten Schaltungsteile genau die gleichen wie in Fig. 1 sind. Unter diesen Bedingungen fließt im Ruhezustand ein Strom im Stromkreis —U, Widerstand RL, Verbindung PQ, Widerstand r.,. Widerstand r₃, Wicklung eo„ und Erde. Da der Widerstand r₂ sehr hoch ist und einen viel höheren Wert als der Widerstand r₃ aufweist, ist der Strom derart schwach, daß der Punkt D in Ruhelage fast das Potential — U besitzt, während der Punkt B der Basis sehr schwach negativ ist und dadurch den Transistor ein klein wenig durchlässig macht. Da die Vorrichtung somit in Ruhestellung eine ganz bestimmte Gleichgewichtslage einnimmt, unterliegt sie bedeutend weniger Betriebsschwankungen auf Grund der normalen Toleranzen der Kenndaten der Bauelemente und besonders des Transistors.

F i g. 5 stellt den Vorgang des Ein- und Abschaltens des Relais gemäß F i g. 4 dar; wie daraus ersichtlich, liegen die Punkte R₁ und T sowie T₁ und R sehr nahe beieinander, wodurch praktisch die Steuerung der Vorrichtung bei einem einzigen negativen Wert der Steueramperewindungen und einem einzigen positiven Wert der Steueramperewindungen möglich ist.

Es versteht sich, daß man das anziehende Relais mit einem Speicher ausstatten kann, indem man eine Rückkopplungswicklung e_r verwendet, die positive Rückkopplung bewirkt; hierdurch kann man insbesondere das Relais durch Impulsgabe anziehen lassen, wobei der Ausgangsstrom die zum Halten erforderlichen Amperewindungen bestimmt.

Andererseits verläßt man das Anwendungsgebiet der Erfindung nicht, wenn man anstatt der pnp-Transistoren npn-Transistoren benutzt oder bei Änderungen der Schaltung den Aufbau des sättigbaren Magnetkreises, der die Kopplungswicklungen des Oszillators trägt, beibehält.

Der Belastungswiderstand der Vorrichtung kann ganz oder teilweise für die Reihenschaltung der Steuerwicklungen herangezogen werden, die ihrerseits auf mehrere weitere Vorrichtungen ähnlicher Art wie die beschriebene einwirken können.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Magnetostatisches Relais mit einem sättigbaren magnetischen Kern mit im wesentlichen rechteckiger Hysteresisschleife, auf dem eine oder mehrere Steuerwicklungen, eine Vormagnetisierungswicklung und gegebenenfalls eine Rückkopplungswicklung angeordnet sind, gekennzeichnet durch einen Transistor-Oszillator mit einem Transistor (TR), dessen Emitter mit einer Klemme einer Stromquelle verbunden ist und dessen Kollektor über einen Belastungswiderstand (RL) an einer Klemme entgegengesetzter Polarität liegt und der zur Rückkopplung zwei elektromagnetisch gekoppelte Kreise aufweist, von denen der erste am Kollektor (A) angeschlossen ist und aus der Reihenschaltung eines Kondensators (C) und einer auf dem sättigbaren Magnetkern (CM) angebrachten Wicklung (eoj) besteht und der zweite von einer ebenfalls auf dem Magnetkern (CM) angebrachten und mit der Basis (B) des Transistors (TR) verbundenen Wicklung (eo₂) gebildet ist, wobei die freien Enden beider Wicklungen mit einer Emitterpotential führenden Klemme (K) verbunden sind, und gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Anordnung, daß die Auslösung der Schwingungen des Oszillators durch Aufhebung der Sättigung des Magnetkernes (CM) erfolgt und diese Schwingungen durch eine Folge von schwachen Ladungen und Entladungen des Kondensators (C) über den ersten Kopplungskreis aufrechterhalten werden, wodurch der Transistor durchlässig bleibt.

2. Magnetostatisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Widerstand (rj in die Zuleitung zum Emitter des Transistors (TR), ein zweiter Widerstand (r₂) zwischen Basis und Kollektor des Transistors (TR) und ein dritter Widerstand (r₃) in die Zuleitung zur Basis des Transistors (TR) geschaltet ist.

3. Magnetostatisches Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des zwischen Kollektor und Basis des Transistors (TR) geschalteten Widerstands (r₂) im Verhältnis zu dem Wert des in der Basiszuleitung des Transistors liegenden Widerstands (r₃) sehr groß ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 078 613.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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